手把手教你純硬件STC單片機自動下載

摘要：STC單片機具有方便的ISP串口下載程序的功能，無需購買專用的編程器；然而在反復(fù)調(diào)試程序的過程中，每次下載都需要冷啟動就令人厭煩了，同時還縮短了開關(guān)原件的壽命；為此筆者研發(fā)了一種完全用硬件實現(xiàn)單片機自動冷啟動的電路，實現(xiàn)一鍵下載程序，明顯的降低了硬件成本，減小了操作難度，并且不占用單片機的串口。

1.基本原理

進行STC下載時，需要使用官方提供的STC-ISP軟件；使用國產(chǎn)的ch340g芯片作為USB轉(zhuǎn)TTL的芯片，其引腳如下圖。第13和14引腳為MODEM聯(lián)絡(luò)信號輸出引腳，受到STC-ISP下載軟件的控制，默認為高電平，點擊下載時變?yōu)槌掷m(xù)的低電平，下載完成又變回高電平。

用MODEM聯(lián)絡(luò)信號引腳的下降沿作為觸發(fā)信號，硬件電路檢測到下降沿時給單片機斷電一段時間，然后上電，即實現(xiàn)自動冷啟動。

2.具體硬件電路

Ch340g的下載電路在此不做贅述，值得注意的是二極管D1使用肖特基二極管或者開關(guān)管1n4148，確保單片機徹底斷電。

下面主要講解自動冷啟動部分，將RTS或者DTR引腳作為信號的輸入端，由于兩個引腳在下載時都會跳變?yōu)榈碗娖?，因此可以任意選擇一個引腳；使用一個10uf的鉭電容C4用于耦合輸入信號，只有電平跳變時有信號通過，后級電路主要由三個NPN三極管組成，筆者使用的是貼片的SS8050三極管，允許通過1.5A的電流，完全可以滿足單片機供電的需求；其中兩個三極管作為單穩(wěn)態(tài)振蕩電路的組件，一個三極管作為電子開關(guān)，控制單片機的通斷電。

對電路進行分析，未點擊下載時，RTS/DTR為高電平，無信號通過耦合電容C4，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器處于穩(wěn)態(tài)，3Q1飽和而Q2截止，單穩(wěn)態(tài)振蕩電路輸出端（R8）為高電平，Q3飽和導(dǎo)通，對單片機處于供電狀態(tài)；點擊下載時，RTS/DTR迅速跳變?yōu)榈碗娖?，電平跳變時相當于交流電，通過耦合電容R4，輸入一個負向脈沖信號到Q1的b極，Q1截止，Q2導(dǎo)通，振蕩電路輸出低電平，Q3截止，單片機斷電，同時脈沖信號經(jīng)電容C6耦合使Q1的b極電壓下降，形成正反饋，振蕩電路處于非穩(wěn)態(tài)；經(jīng)電容C6通過電阻R6放電，電路回到穩(wěn)態(tài)。

分析知非穩(wěn)態(tài)時間即斷電時間受到R6和C6的大小影響，計算式為：

非穩(wěn)態(tài)時間 T=0.7*R6*C6

按照圖中參數(shù)斷電時間約為0.5秒

下圖為ch340g下載電路圖

下圖為自動冷啟動電路圖

3.優(yōu)勢與缺點

目前常見的兩種自動下載方式存在的問題：

*1使用STC15F014W單片機檢測串口下載命令流——電路體積較大，自動下載部分硬件成本高，約為1.3元，由于STC15單片機沒有原生串口，需要用軟件模擬串口，代碼較為復(fù)雜，對于下載波特率有限制，有一定的失敗率；

*2使用51單片機自帶的串口檢測下載命令流——每次寫程序都要加入自動下載檢測代碼，操作復(fù)雜，占用了單片機的串口功能，往往是復(fù)雜的程序才需要反復(fù)調(diào)試，占用了串口對于單片機的使用造成了較大的困擾；

本設(shè)計的優(yōu)勢在于，使用純硬件電路實現(xiàn)自動冷啟動，硬件系統(tǒng)工作比軟件可靠，自動下載部分硬件成本極低，約為0.4元（鉭電容可用普通瓷片電容代替），電路體積小，使用的三極管均為常見的SS8050三極管，材料易得，電路較為簡單，便于DIY；硬件電路響應(yīng)速度快，不用等待檢測下載命令，成功率高，可靠性高，筆者一次調(diào)試成功后下載失敗率幾乎為0；

設(shè)計缺陷：由于下載模塊上電時，計算機與ch340g聯(lián)絡(luò)通信，RTS/DTR引腳會在4秒左右的時間內(nèi)高低電平反復(fù)跳變，同樣會觸發(fā)冷啟動電路，如果此時自動下載電路連接了單片機，會導(dǎo)致單片機反復(fù)通斷電三次，影響使用體驗，筆者進行優(yōu)化設(shè)計后未取得明顯效果，故在此不做處理；

另附筆者焊接的自動下載模塊如下圖，電路較為緊湊

參考資料：楊欣 等 《電子設(shè)計從零開始》 2010年出版